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生物衰老的多样性

已有 1693 次阅读 2021-5-5 22:32 |个人分类:衰老生物学|系统分类:观点评述

不同的生物衰老表达过程基本一样,但也有不同之处:

1.变形虫死亡原因与意义

Danielli和Muggleton发现,如果把变形虫培养在营养始终是足够的培养液中, 它可反复进行分裂和生长,能无限地生存下去。但是,如果把它培养在营养成份仅能维持生命的培养液中,它的分裂不仅停滞,而且最终死亡。如果先把变形虫培养在仅能维持生命的培养液中几个星期后,再把它们移到营养丰富的培养基中,这些变形虫恢复了生长和分裂能力,但它仅存活210天就结束了生命。后来实验发现:变形虫衰老时核与质都发生了变化。实验是分别把永生型变形虫的细胞核注入有限型变形虫的细胞质中,或是把有限型状态的核注入永生型状态的细胞质中,结果得到的移核性变形虫均是寿命有限的变形虫[1]。从上述看,变形虫主宰衰老的部位与人不同,人只有细胞核一套衰老程序。

从变形虫的核与质两套系统缺一不可看,这两套衰老调控系统是互补的。由于在缺乏养分中的维持生命培养几星期后再移到营养丰富的培养基中仅能再活210天看,变形虫控制衰老程序表达的基础物质是具有调控蛋白质合成速度的重复DNA ,而非不稳定的蛋白质,因为蛋白质在代谢中损耗掉的部分会很快被更新或补充,因此无法为程序运行提供计时。

据曾尔亢和田清涞介绍,与细胞呼吸有关的琥珀酸脱氢酶,它在永生形变形虫体内含量多,活性高,反之含量少,活性低[1]。提示,就变形虫的死亡不是因基因突变,因为琥珀酸脱氢酶只含量变少而不变性,再说它死亡很有律规和很普遍,因此可能是属于程序性死亡。

从可能性的原理来讲,细胞缺乏养分也可以不死亡(休眠)。但为什么变形虫因缺乏养分或虫体密度过高(密度过高会消耗大量养分和放出代谢废物)会死亡呢?我认为从生物进化角度看,这是一种进化的产物。因为变形虫是一种不会衰老的单细胞生物,如果它没有某种死亡方式,在某些条件下它会不停地增殖到无法容下的空间,而生物为了加快进化和为后代留下生存空间,唯一的办法只有死亡。因此各种生物都有各自死亡方式的程序安排,变形虫也当然不例外,因此,变形虫必然具备一种死亡方法:在营养缺乏的培养条件下,它会启动一种死亡开关,一但打开就无法停滞或逆转地直到虫体死亡为止。据此也可认为变形虫因缺乏营养而死亡不是基因突变等无规律的破坏,而是有计划有规律的程序性死亡。

2.竹类的衰老模式

竹类有一种独特的生殖方式,不同品种的竹,从种子发芽到开花结籽的一个生命周期,分别要十几年,几十年,最多要120年。一旦开花时间到了,无论相隔多远,只要是来自同一株无性繁殖的后代,都会同时开花结籽,然后全部死亡。当然,其它禾科植物也同竹类一样,只是它的生殖周期较短。

但是,在同一株繁殖的竹丛中,每年都会破土长出新竹,而且新竹过几年后都会衰老死亡,因此,由同一株繁殖的一丛竹子,每年都有新生和死亡的单株竹子。提示,竹类有两套的消耗性程序计时物质:一套是控制单株竹子衰老死亡的,另一套是控制整体开花、结籽和死亡的。

但第一套计时物质在分生组织(芽尖或根尖)中必须不会消耗掉或消耗相对比第二套慢,而只能在单株竹子中消耗,这样才能保证每年新生的植株都能够衰老死亡,而不会使整丛竹发生死亡。不会消耗掉也许与体细胞减数分裂(somatic recombination)有关,因为减数分裂可使细胞复壮,在水稻、玉米根端中可看到体细胞减数分裂;而第二套计时物质在分生组织中会逐渐消耗掉,这样才能保证将来同时开花结籽。当然,计时物质能够在生殖细胞中重置,以保证能够不停的进行世代轮回。

由于竹子的生命周期这么长,这些控制衰老程序的计时物质只能是重复DNA,而不是半衰期很短的蛋白质等物质。

3.茅草的衰老模式

笔者家乡的茅草,地上部分一般不会进入有性生殖,但也会衰老死亡,如果人工割去地上部分,再长出的芽就会开花结籽并衰老死亡。割去地上部分促开花机理可能是解除地上部分对有性生殖发生的抑制。

4.蕹菜的两种衰老模式

蕹菜又名空心菜、竹叶菜。一般能开花结籽,但有一些品种只会开花不会结籽。不会结籽的品种可以用嫩茎扦插进行无性繁殖而永生不死。笔者以为一种能开花结籽的蕹菜,用它的嫩茎扦插进行无性繁殖也会永生不死,于1995年到1996年,笔者用会开花结籽的一种蕹菜嫩茎作无性繁殖材料,经插杆后惊奇地发现,不管嫩茎有多幼嫩,到时一律开花结籽并死亡,根本不会恢复青春,和竹子衰老模式一样的。提示,蕹菜等植物分生细胞中存在着一套可使细胞衰老逆转的系统,会开花结籽的蕹菜这种系统反应不灵敏;而会开花不结籽的一种反应灵敏(否则会绝种,故反应灵敏是必然的)。

有些低等动物如水母类、扁形动物三肠类、海鞘类等也有同上述一样的使细胞衰老逆转的系统,它可在饥饿下激活,发生返老还童[1]。

5.线虫与人衰老模式的区别

线虫是一种长约1mm,宽30um的动物,它有恒定的细胞数,出生后除性腺外不再产生新细胞。寿命很短,4天半内成熟,14天时停止生殖,平均28天后死亡[2]。线虫体细胞出生后不会再分裂,而人等动物出生后直到死亡前大部分组织细胞都在不停地分裂更新。但两者都会衰老死亡。这就是线虫与一般动物死亡不同之处。总之,无论体细胞分裂不分裂都会衰老。-原创:黄必录

撰写于1999年6月4日


参考文献

[1]蒋松柏、李兆元著,长寿的猜想与探讨[M],上海,复旦大学出版社,1994:67,68,99.

[2]许士凯主编,抗衰老药物学[M],北京,人民卫生出版社,1994:144. 



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